介紹了新型工程型高溫度梯度單晶爐研制開發(fā)的項目背景，主要研發(fā)內(nèi)容及技術指標，創(chuàng)新性和達到的技術水平，產(chǎn)品采標，應用領域及應用情況，產(chǎn)品經(jīng)濟和社會效益情況，對推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展或行業(yè)技術進步的意義。

1、項目背景

　　定向凝固單晶技術進入航空制造工業(yè)已有三十多年歷史，為提高航空燃氣渦輪發(fā)動機單晶葉片的性能和使用壽命做出了巨大貢獻。國內(nèi)外近年來研究發(fā)現(xiàn)，進一步提高凝固前沿的溫度梯度，不僅可提高生產(chǎn)率，而且可顯著提高單晶葉片的性能。我國從事單晶技術的研究也有二十多年的歷史，但是，由于設備落后，自動化程度低，真空技術網(wǎng)(http://bjjyhsfdc.com/)認為在一定程度上影響了單晶技術的進行和單晶葉片的應用進程。新型單晶爐結合國內(nèi)外配套條件，突破主要技術關鍵，如設計先進的模殼加熱方式和水冷結晶器，實現(xiàn)高溫度梯度和計算機PLC 控制等，產(chǎn)成品率及生產(chǎn)效率提高1 倍，使之成為先進的機、電、爐一體化設備，技術水平居于國內(nèi)領先水平。

　　工程型高溫度梯度單晶爐圖示于圖1、圖2。

圖1 工程型高溫度梯度單晶爐

圖2 工程型高溫度梯度單晶爐

2、主要研制開發(fā)內(nèi)容

　　ZGID0.015-160-2.5A 工程型高溫度梯度單晶爐是在真空狀態(tài)下澆注飛機發(fā)動機單晶葉片，具有自我創(chuàng)新的專用設備。它是在真空狀態(tài)下通過感應加熱把金屬熔化，然后將金屬液澆注到預熱的模殼內(nèi)，模殼在做向下抽拉運動過程中嚴格控制向下抽拉速度，并利用雙區(qū)加熱及控制雙區(qū)溫度，再用水冷環(huán)和結晶器冷卻等方式，產(chǎn)生較大溫度梯度的特殊工藝條件，最終生產(chǎn)出理想的單晶葉片。

　　本設備爐體采用三室立式結構，上部為轉塔加料和測溫裝置，中部為熔煉保溫室，下部為鑄型室，爐體材料全部采用304 不銹鋼，提高了使用壽命。在熔煉室和鑄型室之間，采用翻板閥代替了轉閥隔開，增加了運行的可靠性。

　　抽拉系統(tǒng)選用德國產(chǎn)滾珠絲杠、韓國產(chǎn)光杠，并選用德國西門子的伺服電機驅(qū)動，由計算機.PLC實現(xiàn)閉環(huán)控制，使運行靈活，穩(wěn)定，控制精度高。模殼加熱采用上、下兩區(qū)加熱，并強化下區(qū)加熱，大大提高下區(qū)的溫度，使下區(qū)溫度達到1600 ℃，比單區(qū)加熱的溫度提高了100 ℃，從而達到了產(chǎn)生高溫度梯度的目的。

　　對水冷結晶器水道設計進行改進，增大了出口直徑，提高了冷卻速度，更利于提高溫度梯度。總之，通過突破以上的技術關鍵，既提高了溫度梯度，又保證了工作的可靠性，使該設備具有了自動化程度高、精度高、穩(wěn)定可靠、操控性好等特點。

3、主要技術經(jīng)濟指標、創(chuàng)新性和達到的技術水平

　　3.1、主要技術經(jīng)濟指標與國外幾種工業(yè)型單晶爐的比較：見表1

表1 主要技術經(jīng)濟指標與國外幾種工業(yè)型單晶爐的比較

　　3.2、創(chuàng)新性和達到的技術水平

　　ZGID0.015-160-2.5A 工程型高溫度梯度單晶爐采用三室半連續(xù)結構，進出料方式為上進下出。優(yōu)點是在不破壞熔煉室真空度的情況下能夠加料，也能夠放入或取出模殼，所以極大地縮短了工作周期，提高了生產(chǎn)率，延長坩堝的使用壽命。為了提高設備性能，提高生產(chǎn)效率及生產(chǎn)的產(chǎn)品合格率，本設備進行了多項設計創(chuàng)新及設計改進。

　　1.爐體的三室全部采用304 不銹鋼制造，增強耐受電化學腐蝕的能力，提高了設備使用壽命1倍，并且對外表面進行微型玻珠流體噴丸處理，提高了產(chǎn)品的美觀度。熔煉保溫室和鑄型室為U 型殼結構，這樣結構布局合理，容易操作，檢修方便。為確保其強度，進行了大量的強度分析計算，穩(wěn)定的機架結構設計，增強了設備的抗振能力，減少了設備振動對晶體生長的影響。

　　爐體設計預留了三區(qū)加熱接口，為研制三區(qū)加熱單晶爐提供了條件。

　　爐門由原來的平面結構改為曲面結構，可防止爐門因受熱變形。

　　爐體系統(tǒng)圖示于圖3。

圖3 爐體系統(tǒng)

5、應用領域及應用情況

　　ZGID0.015-160-2.5A 工程型高溫度梯度單晶爐，是生產(chǎn)單晶葉片的專用設備。國外的單晶爐目前已十分普遍而大量地用來生產(chǎn)先進的航空和地面燃氣渦輪工作葉片及導向葉片。美國的惠普公司，英國的羅·羅公司研制的單晶葉片已廣泛投入航線，服務于軍用和民用發(fā)動機。當前從德國ALD公司引進一臺兩區(qū)加熱的單晶爐需要1300 萬元人民幣，而我們自行研制的單晶爐只需要300 萬元人民幣。該產(chǎn)品得到了用戶的充分肯定，該設備在航空發(fā)動機生產(chǎn)企業(yè)得到廣泛關注，也必將為我國航空事業(yè)的快速發(fā)展發(fā)揮關鍵作用。

6、產(chǎn)品經(jīng)濟效益和社會效益情況

　　ZGID0.015-160-2.5A 工程型高溫度梯度單晶爐從產(chǎn)品開發(fā)到市場推廣本著：新產(chǎn)品、新思路、新營銷這一全新理念，堅持以市場為導向，全力打造市場，對產(chǎn)品更是精益求精，直面高端市場的需求，創(chuàng)造了新的經(jīng)濟增長點。

　　本產(chǎn)品是生產(chǎn)單晶葉片的專用設備，單晶葉片在強度上要遠強于普通葉片，尤其在高溫情況下，效果更為顯著。單晶葉片因為制造成品率低(以往為10%~30%)的問題，始終無法批量生產(chǎn)，無法滿足國內(nèi)的需求。這種新型的單晶爐是航空業(yè)重點關注項目，經(jīng)過優(yōu)化設計、采用新技術新工藝、大膽進行技術創(chuàng)新，使單晶葉片的制造成品率至少提高了十個百分點，并提高了葉片的使用壽命，節(jié)省了大量稀有金屬材料，實現(xiàn)了可觀的社會效益。

7、對推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展或行業(yè)技術進步

　　當前國家對自主研制飛機發(fā)動機有著迫切的需求，國內(nèi)對單晶爐的需求也將日趨強烈;同時提高單晶葉片的制造成品率也是當前迫切需要解決的問題，這就使設計制造高性能、較高成品率且售價低廉的單晶爐產(chǎn)品有了廣闊的發(fā)展空間，必將帶動國內(nèi)單晶爐行業(yè)新一輪技術革新浪潮，推動真空爐行業(yè)的發(fā)展。

8、結論

　　ZGID0.015-160-2.5A 工程型高溫度梯度單晶爐經(jīng)安裝、調(diào)試及工藝和運行試驗，試制出合格的單晶葉片，通過了用戶最終驗收。并以其該單晶爐綜合性能具有國內(nèi)領先水平和其突出的先進性和創(chuàng)新性，通過了省級新產(chǎn)品(新技術)鑒定，綜合性能具有國內(nèi)領先水平，操作方便，實用性強，具有與國外進口同類設備的價格優(yōu)勢，有著十分廣泛的推廣價值。